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無線傳感器為監(jiān)測環(huán)境狀況或工業(yè)廠房及機(jī)器設(shè)備等應(yīng)用提供了出色的視野。由于它們很容易安裝，因此能夠部署在各種環(huán)境中。未來幾年，隨著“物聯(lián)網(wǎng) （IoT）”的廣泛部署，無線傳感器的應(yīng)用將呈現(xiàn)爆炸式增長。但是限制無線傳感器應(yīng)用的一個(gè)zui重要的因素就是它們的續(xù)航能力非常有限。當(dāng)無線傳感器的工作*依賴電池時(shí)，一旦電池耗盡電能，傳感器就變成了廢品。

如果您正在設(shè)計(jì)由電池供電的無線傳感器，要想確保它能夠工作一定的時(shí)間，需要解決無數(shù)的難題。通常的方法是只有在進(jìn)行必要的活動時(shí)才用電，其他時(shí)候傳感器會進(jìn)入低功率使用模式。無線傳感器的工作可以分為一系列的活動，每個(gè)活動均要在一段時(shí)間內(nèi)消耗一定的電能。zui常見的活動包括：

●喚醒、測量，以及將數(shù)據(jù)處理成信息

●對射頻功率放大器加電，發(fā)送信息，再次對射頻功率放大器斷電

●在雙向傳感器（發(fā)送和接收）中：喚醒、對接收機(jī)加電、接收信號、處理數(shù)據(jù)，按照信息行動，并再次斷電

顯而易見，有很多操作都會消耗電池的電能。

延長電池供電時(shí)間，zui簡單的做法是使用更大的電池，具有更大容量的電池。不過，您的客戶可能希望傳感器體積小、性能高（以便它們能夠發(fā)送大量數(shù)據(jù)，并在本地?fù)碛兄悄?數(shù)據(jù)處理能力）。顯然，客戶的預(yù)期與解決電池供電時(shí)間短這個(gè)問題的zui簡單方法*背道而馳。

圖 1：無線傳感器在三種主要狀態(tài)下的電流電平。

工程師如何估計(jì)電池的供電時(shí)間呢？

作為一名設(shè)計(jì)工程師，您需要從全局考慮，找到電池體積與無線傳感器功能之間的平衡點(diǎn)，以便讓小電池既能發(fā)揮*性能，又能持續(xù)足夠長的時(shí)間。優(yōu)化過程首先需要了解能量需求。收集有關(guān)能量使用的數(shù)據(jù)是表征器件性能的*步。

電池有一個(gè)預(yù)定義數(shù)量的能量（瓦時(shí)（Wh））和容量（安時(shí)（Ah））。如果您知道器件工作需要多大的功率，就能計(jì)算出電池的供電時(shí)間。

電池供電時(shí)間（小時(shí)） = 電池容量（Wh） / 平均放電功率（W）

電池的能量也是其額定電壓（V）與容量（Ah）的乘積。額定電壓是憑借經(jīng)驗(yàn)確定的電池放電曲線的中點(diǎn)值，可以正確關(guān)聯(lián)電池的能量與容量?；谶@個(gè)定義，電池的供電時(shí)間也可以用這個(gè)公式來確定：

電池供電時(shí)間（小時(shí)） = 電池容量（Ah） / 平均放電電流（A）

圖 2：Keysight N6781A SMU 能夠跨動態(tài)電流電平進(jìn)行精確測量。

不過，當(dāng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際工作時(shí)，電池供電時(shí)間通常短于您計(jì)算的結(jié)果。我們zui常聽到的意見是：“這電池的質(zhì)量太差了！”一些大電池品牌通常會提供詳細(xì)的技術(shù)指標(biāo)，并解釋說在同一類型的電池之間，容量通常也會有5% 到10% 的差異。但是即使按照保守估計(jì)的電池容量，電池供電時(shí)間也往往達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。器件工作的時(shí)間長度比我們預(yù)計(jì)的短。為什么會這樣？我們估計(jì)的電量使用情況正確嗎？可能不正確。讓我們探索一下這個(gè)問題。

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